如何看待 IBM 宣布成功研制 50 量子比特量子计算机原型机？
IBM 刚刚放出了一则重磅消息，宣布他们成功研制出了拥有 50 个量子比特的量子计算机原型机。这可不是小打小闹，而是量子计算领域一个值得被反复提及的里程碑。
要理解这其中的意义，咱们得先知道几个关键点：
1. 量子比特 (Qubit)：量子计算的基石
传统计算机用的是比特（bit），它只能表示 0 或 1。而量子比特（qubit）就厉害了，它能同时处于 0 和 1 的叠加态，这意味着一个量子比特就能携带比经典比特多得多的信息。而且，多个量子比特之间还能发生“量子纠缠”，这种奇特的联系能让它们的状态相互关联，即使相隔很远，一个量子比特的状态变化会瞬间影响到另一个。
2. 量子比特的数量，是衡量计算能力的关键指标
为什么 50 量子比特这么重要？想象一下，经典计算机的计算能力是线性的，增加一个比特，信息量翻倍。但量子计算机的计算能力是指数级的。简单来说，n 个量子比特能模拟 2 的 n 次方个状态。
2 个量子比特：可以同时表示 4 种状态（00, 01, 10, 11）
3 个量子比特：可以同时表示 8 种状态
10 个量子比特：可以同时表示 1024 种状态
20 个量子比特：可以同时表示超过一百万种状态
50 个量子比特：可以同时表示 $2^{50}$ 种状态，这是一个天文数字，大概是 100 万亿亿（1.12 x $10^{15}$）！
这就像给你一个乐高积木盒，从只有几块到有几万块，能搭建出的模型数量级完全不同。IBM 的这台 50 量子比特原型机，让它能处理的问题规模，比他们之前的机器有了质的飞跃。
3. IBM 的“虹鹰”（Eagle）处理器
这次的 50 量子比特原型机，核心是 IBM 自家研发的“虹鹰”（Eagle）处理器。IBM 在量子计算领域耕耘多年，从最早的 5 量子比特、16 量子比特，到现在的 27 量子比特（“蜂鸟”）、32 量子比特（“海神”），再到如今的 50 量子比特，他们一步一个脚印，不断突破技术瓶颈。
“虹鹰”处理器采用的是超导量子比特技术。简单来说，就是利用极低温（接近绝对零度）下的超导材料来制造量子比特，并通过微波脉冲来控制这些量子比特的状态，实现计算。这种技术目前被认为是实现大规模量子计算最有前景的路线之一，虽然实现起来难度极大。
那么，IBM 达到 50 量子比特意味着什么？
更复杂的算法和模拟成为可能： 过去，由于量子比特数量和连接性的限制，很多有潜力的量子算法只能停留在理论层面，或者只能在非常小的规模下进行验证。有了 50 个量子比特，一些对经典计算机来说过于复杂，甚至不可能解决的问题，就有可能被探索了。比如：
材料科学与药物研发： 模拟分子的行为是量子计算最被看好的应用之一。许多复杂的化学反应和分子结构，用经典计算机模拟起来非常耗时且不准确。50 量子比特的机器，能够模拟更复杂的分子，为新材料的发现和新药物的研发提供强大的工具。想象一下，我们能更精确地理解蛋白质折叠，或者设计出更有效的催化剂。
金融建模： 优化投资组合、风险分析等问题，很多都涉及到在海量数据中寻找最佳解决方案。量子算法，如格罗弗算法，在某些搜索问题上比经典算法有显著的优势。
机器学习： 量子计算也能加速某些机器学习任务，比如数据分类和模式识别，为人工智能领域带来新的可能性。
解决“量子霸权”的争论： “量子霸权”（Quantum Supremacy）指的是量子计算机在特定任务上能够超越最强大的经典超级计算机。Google 在 2019 年宣布实现量子霸权，引发了广泛讨论。IBM 达到 50 量子比特，并且不断提升其连接性和控制精度，也在朝着这个方向迈进。虽然 50 量子比特是否能完全超越最顶尖的经典计算机还有待具体任务的验证，但毫无疑问，这使得量子计算机在实际应用中展现出更强的竞争力。
推动整个生态系统的发展： 这一成就不仅是 IBM 自身的胜利，更是对整个量子计算领域的巨大鼓舞。它会吸引更多的科研人员和开发者投入到这个领域，加速软件、算法和应用开发，推动量子计算生态系统的成熟。IBM 提供了 Qiskit 开源平台，让开发者可以访问和使用他们的量子硬件，这意味着更多人能够参与到量子计算的探索中来。
当然，我们也要保持清醒的认识：
原型机 vs. 量子计算机： 即使是 50 量子比特，这仍然是一台“原型机”，离我们想象中那种可以运行所有复杂算法、解决所有问题的“通用量子计算机”还有很长的路要走。
量子纠错： 量子比特非常脆弱，容易受到环境干扰而发生错误（称为“退相干”）。目前，量子计算机的错误率仍然比较高。实现大规模、高精度的量子计算，需要发展出有效的“量子纠错”技术，这需要更多的量子比特来冗余编码和保护信息。IBM 也在努力解决这个问题，但这是一个非常具有挑战性的领域。
互联互通： 即使拥有更多的量子比特，它们之间的“纠缠”和“连接性”也至关重要。IBM 的“虹鹰”处理器在设计上就考虑了量子比特之间的连接，但如何构建一个能够高效连接成千上万甚至上百万量子比特的系统，是未来的一个巨大挑战。
总结来说，IBM 成功研制 50 量子比特量子计算机原型机，是量子计算发展史上一个激动人心的新篇章。 它标志着人类在驾驭量子世界的道路上又向前迈进了一大步，让我们看到了量子计算机在解决现实世界重大问题上的巨大潜力。但这仅仅是开始，未来还有无数的科学和工程难题需要攻克，才能真正释放量子计算的全部力量。可以预见，这场由 IBM 领衔的量子计算竞赛，将变得更加精彩！
要理解这其中的意义，咱们得先知道几个关键点：
1. 量子比特 (Qubit)：量子计算的基石
传统计算机用的是比特（bit），它只能表示 0 或 1。而量子比特（qubit）就厉害了，它能同时处于 0 和 1 的叠加态，这意味着一个量子比特就能携带比经典比特多得多的信息。而且，多个量子比特之间还能发生“量子纠缠”，这种奇特的联系能让它们的状态相互关联，即使相隔很远，一个量子比特的状态变化会瞬间影响到另一个。
2. 量子比特的数量，是衡量计算能力的关键指标
为什么 50 量子比特这么重要？想象一下，经典计算机的计算能力是线性的，增加一个比特，信息量翻倍。但量子计算机的计算能力是指数级的。简单来说，n 个量子比特能模拟 2 的 n 次方个状态。
2 个量子比特：可以同时表示 4 种状态（00, 01, 10, 11）
3 个量子比特：可以同时表示 8 种状态
10 个量子比特：可以同时表示 1024 种状态
20 个量子比特：可以同时表示超过一百万种状态
50 个量子比特：可以同时表示 $2^{50}$ 种状态，这是一个天文数字，大概是 100 万亿亿（1.12 x $10^{15}$）！
这就像给你一个乐高积木盒，从只有几块到有几万块，能搭建出的模型数量级完全不同。IBM 的这台 50 量子比特原型机，让它能处理的问题规模，比他们之前的机器有了质的飞跃。
3. IBM 的“虹鹰”（Eagle）处理器
这次的 50 量子比特原型机，核心是 IBM 自家研发的“虹鹰”（Eagle）处理器。IBM 在量子计算领域耕耘多年，从最早的 5 量子比特、16 量子比特，到现在的 27 量子比特（“蜂鸟”）、32 量子比特（“海神”），再到如今的 50 量子比特，他们一步一个脚印，不断突破技术瓶颈。
“虹鹰”处理器采用的是超导量子比特技术。简单来说，就是利用极低温（接近绝对零度）下的超导材料来制造量子比特，并通过微波脉冲来控制这些量子比特的状态，实现计算。这种技术目前被认为是实现大规模量子计算最有前景的路线之一，虽然实现起来难度极大。
那么，IBM 达到 50 量子比特意味着什么？
更复杂的算法和模拟成为可能： 过去，由于量子比特数量和连接性的限制，很多有潜力的量子算法只能停留在理论层面，或者只能在非常小的规模下进行验证。有了 50 个量子比特，一些对经典计算机来说过于复杂，甚至不可能解决的问题，就有可能被探索了。比如：
材料科学与药物研发： 模拟分子的行为是量子计算最被看好的应用之一。许多复杂的化学反应和分子结构，用经典计算机模拟起来非常耗时且不准确。50 量子比特的机器，能够模拟更复杂的分子，为新材料的发现和新药物的研发提供强大的工具。想象一下，我们能更精确地理解蛋白质折叠，或者设计出更有效的催化剂。
金融建模： 优化投资组合、风险分析等问题，很多都涉及到在海量数据中寻找最佳解决方案。量子算法，如格罗弗算法，在某些搜索问题上比经典算法有显著的优势。
机器学习： 量子计算也能加速某些机器学习任务，比如数据分类和模式识别，为人工智能领域带来新的可能性。
解决“量子霸权”的争论： “量子霸权”（Quantum Supremacy）指的是量子计算机在特定任务上能够超越最强大的经典超级计算机。Google 在 2019 年宣布实现量子霸权，引发了广泛讨论。IBM 达到 50 量子比特，并且不断提升其连接性和控制精度，也在朝着这个方向迈进。虽然 50 量子比特是否能完全超越最顶尖的经典计算机还有待具体任务的验证，但毫无疑问，这使得量子计算机在实际应用中展现出更强的竞争力。
推动整个生态系统的发展： 这一成就不仅是 IBM 自身的胜利，更是对整个量子计算领域的巨大鼓舞。它会吸引更多的科研人员和开发者投入到这个领域，加速软件、算法和应用开发，推动量子计算生态系统的成熟。IBM 提供了 Qiskit 开源平台，让开发者可以访问和使用他们的量子硬件，这意味着更多人能够参与到量子计算的探索中来。
当然，我们也要保持清醒的认识：
原型机 vs. 量子计算机： 即使是 50 量子比特，这仍然是一台“原型机”，离我们想象中那种可以运行所有复杂算法、解决所有问题的“通用量子计算机”还有很长的路要走。
量子纠错： 量子比特非常脆弱，容易受到环境干扰而发生错误（称为“退相干”）。目前，量子计算机的错误率仍然比较高。实现大规模、高精度的量子计算，需要发展出有效的“量子纠错”技术，这需要更多的量子比特来冗余编码和保护信息。IBM 也在努力解决这个问题，但这是一个非常具有挑战性的领域。
互联互通： 即使拥有更多的量子比特，它们之间的“纠缠”和“连接性”也至关重要。IBM 的“虹鹰”处理器在设计上就考虑了量子比特之间的连接，但如何构建一个能够高效连接成千上万甚至上百万量子比特的系统，是未来的一个巨大挑战。
总结来说，IBM 成功研制 50 量子比特量子计算机原型机，是量子计算发展史上一个激动人心的新篇章。 它标志着人类在驾驭量子世界的道路上又向前迈进了一大步，让我们看到了量子计算机在解决现实世界重大问题上的巨大潜力。但这仅仅是开始，未来还有无数的科学和工程难题需要攻克，才能真正释放量子计算的全部力量。可以预见，这场由 IBM 领衔的量子计算竞赛，将变得更加精彩！
网友意见
先说结论:只是原型机，并不是真的做出来了。
关于量子计算机知乎上已经有很多介绍，这里简要说一说。
量子计算机，基本操作单元区别于传统的bit，我们称之为qubit，它最大的优势在于量子并行性和量子叠加态的性质，可以在一些问题上以多项式时间处理传统计算机需要指数时间处理的问题，比如大数分解（Shor 算法），数据库搜索（Grover搜索算法）。
(有一些问题能否用量子计算解决还存在争议，在此先不列出)
所谓通用型量子计算机，指的是可实现通用型的算法设计，实现基本的量子计算操作的量子计算系统。按照这个定义，其实D-wave的量子退火机并不能算是通用型量子计算机。
目前主流的量子计算的三种理论模型：
（1）量子电路（Quantum Circuit）
（2）绝热量子计算（Adiabatic Quantum Computation）
（3）单道量子计算（ One-Way Quantum Computation）
物理实现包括：超导量子电路，离子阱，量子点以及光子晶体等。目前我们实验室所使用的是金刚石中的一种缺陷构成的能级结构，也就是所谓的NV-Center构建Qubit。
再来说说IBM， IBM在早前的IBM Quantum Experience中放出了5 qubit的量子计算平台。
用户可以在平台上搭建量子电路来实现一些简单的算法。在今年国内一些量子平台（本源量子计算平台，清华NMR和阿里量子计算平台）公布后，IBM又公布了16qubit的量子计算平台。但是需要注意的是，超导量子计算的一个限制在于，qubit之间的拓扑结构会影响算法的设计，以下面这个为例子，5 qubit蝴蝶型分布的没有直接相连接的qubit是不能搭建CNOT门的。
至于说这次宣布研制成功的50qubit的prototype，我目前持观望态度，因为之前谷歌提出量子霸权的时候也是类似的，有一些放卫星的意味。
至于为什么是50 qubit我在这里可以再说一说。
上周我去武汉大学听一个报告，是袁声军老师做的关于用超级计算机实现量子通用机模拟的报告，他的团队利用目前全球最强大的超级计算机（神威-太湖之光）的全部计算资源实现了45 qubit的量子通用机的模拟。
因此50 qubit如果实现，就能够超越目前人类所能达到的计算能力极限。
至于会对现行的加密算法，例如RSA加密算法产生什么影响，一切都要等实验结果出来才有定论。
之前调研过Shor算法的相关知识，在这里再简单讲讲。
才疏学浅，如有疏漏还请各位务必斧正。
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